CN108169050B - 一种瓦斯水合物饱和度监测装置 - Google Patents

一种瓦斯水合物饱和度监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及瓦斯水合物检测技术领域，公开了一种瓦斯水合物饱和度监测装置，包括：反应釜、加压块、液压缸、多个重力传感器、恒温水箱、高压水泵、第一电磁阀、高压水管、瓦斯存储罐、第二电磁阀、进气管、真空抽气泵、第三电磁阀、抽气管、数据采集模块、真空表、计算机、温度控制器、气压表、多个压力传感器和多个温度传感器；多个重力传感器、多个压力传感器和多个温度传感器的导线分别密封穿过加压块与数据采集模块连接，气压表和真空表分别通过导线与数据采集模块连接，数据采集模块与计算机连接，液压缸、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和温度控制器分别与计算机连接，这种瓦斯水合物饱和度监测装置，结构简单，自动化控制，使用方便。

Description

一种瓦斯水合物饱和度监测装置
技术领域
本发明涉及瓦斯水合物检测技术领域，特别涉及一种瓦斯水合物饱和度监测装置。
背景技术
向煤层中注入高压水，使瓦斯和水生成固态水合物，达到防止煤与瓦斯突出的目的。瓦斯水合物是分子量较小的甲烷等气体在一定条件下与水相互作用形成的类似冰的笼型晶体化合物。研究结果表明，煤体含水合物能够提高刚度和粘聚力，抵抗破坏能力更强。
然而如何监测煤体中水合物的饱和状态，成为研究煤体水合物的关键，现有的监测装置结构复杂，使用不便。
发明内容
本发明提供一种瓦斯水合物饱和度监测装置，可以解决现有技术中的上述问题。
本发明提供了一种瓦斯水合物饱和度监测装置，包括：反应釜、真空抽气泵、数据采集模块、真空表、气压表、压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器分别通过导线与数据采集模块连接，还包括型煤、加压块、液压缸、多个重力传感器、恒温水箱、高压水泵、第一电磁阀、高压水管、瓦斯存储罐、第二电磁阀、进气管、第三电磁阀、抽气管、计算机、温度控制器；
型煤、加压块和多个重力传感器均设置在反应釜内，多个重力传感器均匀设置在型煤的底部，加压块位于型煤的上方，加压块与液压缸的液压杆下端连接，恒温水箱套设在反应釜的周向外侧，恒温水箱的底部设有温度控制器，高压水管的一端密封穿过加压块位于型煤的上方，高压水管的另一端通过第一电磁阀连接高压水泵，进气管的一端密封穿过加压块位于型煤的上方，进气管的另一端依次通过气压表和第二电磁阀连接瓦斯存储罐，抽气管的一端密封穿过加压块位于型煤的上方，抽气管的另一端依次通过真空表和第三电磁阀连接真空抽气泵，多个重力传感器、多个压力传感器和多个温度传感器分别通过导线密封穿过加压块与数据采集模块连接，气压表和真空表分别通过导线与数据采集模块连接，数据采集模块与计算机连接，液压缸、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和温度控制器分别与计算机连接。
较佳地，所述多个重力传感器、多个压力传感器和多个温度传感器均为防水型传感器。
较佳地，所述反应釜的底部设有排水口，排水口上设有单向阀。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过加压块连接液压缸的液压杆，根据反应釜内的多个压力传感器的数据控制液压缸通过液压杆对加压块施加压力，从而对反应釜内的型煤施加压力，根据多个温度传感器的数据，计算机控制温度控制器对恒温水箱进行加热，从而对反应釜进行恒温加热，通过气压表监测反应釜内瓦斯气体的气压，通过第二电磁阀控制瓦斯气体的输入，通过第一电磁阀控制高压水的输入，通过多个重量传感器监测型煤的重量变化，当型煤的重量不再变化同时气体压力增大时，即瓦斯水合物处于饱和状态，本监测装置结构简单，自动化控制，使用方便，通过液压缸和加压块对型煤施加不同压力，通过改变反应釜内的温度，通过重量传感器监测型煤的重量变化，从而监视瓦斯水合物的饱和度。
附图说明
图1为本发明提供的一种瓦斯水合物饱和度监测装置的结构示意图。
附图标记说明：
1-型煤，2-反应釜，3-加压块，4-液压缸，5-重力传感器，6-恒温水箱，7-高压水泵，8-第一电磁阀，9-高压水管，10-瓦斯存储罐，11-第二电磁阀，12-进气管，13-真空抽气泵，14-第三电磁阀，15-抽气管，16-数据采集模块，17-真空表，18-计算机，19-温度控制器，20-气压表。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的一种瓦斯水合物饱和度监测装置，包括：型煤1、反应釜2、加压块3、液压缸4、多个重力传感器5、恒温水箱6、高压水泵7、第一电磁阀8、高压水管9、瓦斯存储罐10、第二电磁阀11、进气管12、真空抽气泵13、第三电磁阀14、抽气管15、数据采集模块16、真空表17、计算机18、温度控制器19、气压表20、多个压力传感器和多个温度传感器；
型煤1、加压块3和多个重力传感器5均设置在反应釜2内，多个重力传感器5均匀设置在型煤1的底部，加压块3位于型煤1的上方，加压块3与液压缸4的液压杆下端连接，恒温水箱6套设在反应釜2的周向外侧，恒温水箱6的底部设有温度控制器19，高压水管9的一端密封穿过加压块3位于型煤1的上方，高压水管9的另一端通过第一电磁阀8连接高压水泵7，进气管12的一端密封穿过加压块3位于型煤1的上方，进气管12的另一端依次通过气压表20和第二电磁阀11连接瓦斯存储罐10，抽气管15的一端密封穿过加压块3位于型煤1的上方，抽气管15的另一端依次通过真空表17和第三电磁阀14连接真空抽气泵13，多个重力传感器5、多个压力传感器和多个温度传感器分别通过导线密封穿过加压块3与数据采集模块16连接，气压表20和真空表17分别通过导线与数据采集模块16连接，数据采集模块16与计算机18连接，液压缸4、第一电磁阀8、第二电磁阀11、第三电磁阀14和温度控制器19分别与计算机18连接。
较佳地，所述多个重力传感器5、多个压力传感器和多个温度传感器均为防水型传感器，防水型传感器避免高压水损坏。
较佳地，所述反应釜2的底部设有排水口，排水口上设有单向阀，排水口可以排出反应釜内多余的水，避免水面超过重力传感器表面造成浮力，从而导致测试不准确。
监测过程及原理：
将检测用的型煤1放进反应釜2内的多个重力传感器5上，在型煤1的周围布置多个温度传感器和多个压力传感器，多个重力传感器5、多个温度传感器和多个压力传感器的导线穿出加压块3，安装好加压块3，连接好与加压块3连接的液压泵4的液压杆，检查确保高压水管9、进气管12和排气管15与加压块3之间密封连接，同时使第一电磁阀8、第二电磁阀11、第三电磁阀14处于关闭状态，将反应釜2放进恒温水箱6内。
启动第三电磁阀14使真空抽气泵13开始工作，对型煤1的孔隙及周围的空气进行抽吸，通过真空表控制型煤1内的真空度，当真空度达到设定要求后，关闭第三电磁阀14停止抽真空。
启动第一电磁阀8和第二电磁阀11，通过高压水泵7向反应釜2内通入高压水，通过瓦斯存储罐10向反应釜2内通入瓦斯气体，同时通过多个温度传感器监测反应釜2内的温度，通过温度控制器19控制反应釜2内的温度，同时通过多个压力传感器监测反应釜2内型煤受到的压力，通过液压缸4控制液压杆上下移动，从而控制反应釜2内型煤1受到的压力。
反应釜2为圆桶状，型煤1也为圆柱体，型煤1的直径与反应釜2的内径大小相匹配，由于力的作用是相互的，通过液压缸4通过液压杆和加压块对型煤1施加压力，在反应釜2的限制下，从而模拟型煤受到的围压，测试方便，液压缸4通过液压杆、加压块1对型煤施加的压力不能使反应釜2和型煤1发生形变，同时对型煤1施加的压力加型煤的重量之和不超过重力传感器的检测范围。
瓦斯气体在型煤1的孔隙之间穿梭、在温度、压力和水的共同作用下形成晶体瓦斯水合物，由于晶体瓦斯水合物的生成，通过压力表20监测反应釜2内的气体压力降低，计算机18控制第二电磁阀11使得瓦斯存储罐10向反应釜2内输入瓦斯气体，同时由于晶体瓦斯水合物的产生，使得型煤1的重量增加，保持设定时间段后，型煤1的重量不再增加，同时反应釜2内的气体压力升高超过气压表20的设定值时，即瓦斯水合物处于饱和状态。
由于型煤1的下部设有多个重量传感器5，因此多余的高压水留着反应釜的底部，不会影响重量传感器5的监测值。
本发明通过加压块连接液压缸的液压杆，根据反应釜内的多个压力传感器的数据控制液压缸通过液压杆对加压块施加压力，从而对反应釜内的型煤施加压力，根据多个温度传感器的数据，计算机控制温度控制器对恒温水箱进行加热，从而对反应釜进行恒温加热，通过气压表监测反应釜内瓦斯气体的气压，通过第二电磁阀控制瓦斯气体的输入，通过第一电磁阀控制高压水的输入，通过多个重量传感器监测型煤的重量变化，当型煤的重量不再变化同时气体压力增大时，即瓦斯水合物处于饱和状态，本监测装置结构简单，自动化控制，使用方便，通过液压缸和加压块对型煤施加不同压力，通过改变反应釜内的温度，通过重量传感器监测型煤的重量变化，从而监视瓦斯水合物的饱和度。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种瓦斯水合物饱和度监测装置，包括：反应釜(2)、真空抽气泵(13)、数据采集模块(16)、真空表(17)、气压表(20)、压力传感器和温度传感器，压力传感器和温度传感器分别通过导线与数据采集模块连接，其特征在于，还包括型煤(1)、加压块(3)、液压缸(4)、多个重力传感器(5)、恒温水箱(6)、高压水泵(7)、第一电磁阀(8)、高压水管(9)、瓦斯存储罐(10)、第二电磁阀(11)、进气管(12)、第三电磁阀(14)、抽气管(15)、计算机(18)、温度控制器(19)；
型煤(1)、加压块(3)和多个重力传感器(5)均设置在反应釜(2)内，多个重力传感器(5)均匀设置在型煤(1)的底部，加压块(3)位于型煤(1)的上方，加压块(3)与液压缸(4)的液压杆下端连接，恒温水箱(6)套设在反应釜(2)的周向外侧，恒温水箱(6)的底部设有温度控制器(19)，高压水管(9)的一端密封穿过加压块(3)位于型煤(1)的上方，高压水管(9)的另一端通过第一电磁阀(8)连接高压水泵(7)，进气管(12)的一端密封穿过加压块(3)位于型煤(1)的上方，进气管(12)的另一端依次通过气压表(20)和第二电磁阀(11)连接瓦斯存储罐(10)，抽气管(15)的一端密封穿过加压块(3)位于型煤(1)的上方，抽气管(15)的另一端依次通过真空表(17)和第三电磁阀(14)连接真空抽气泵(13)，多个重力传感器(5)、多个压力传感器和多个温度传感器分别通过导线密封穿过加压块(3)与数据采集模块(16)连接，气压表(20)和真空表(17)分别通过导线与数据采集模块(16)连接，数据采集模块(16)与计算机(18)连接，液压缸(4)、第一电磁阀(8)、第二电磁阀(11)、第三电磁阀(14)和温度控制器(19)分别与计算机(18)连接。
2.如权利要求1所述的瓦斯水合物饱和度监测装置，其特征在于，所述多个重力传感器(5)、多个压力传感器和多个温度传感器均为防水型传感器。
3.如权利要求1所述的瓦斯水合物饱和度监测装置，其特征在于，所述反应釜(2)的底部设有排水口，排水口上设有单向阀。
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